• 한국해양공학회지
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• 제38권2호
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• pp.74-85
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• 2024

Offshore wind turbines are supported by various foundations, each with its considerations in design and construction. Gravity, monopile, and suction bucket foundations encounter geotechnical issues, while jacket and tripod foundations face fatigue problems. Considering this, a gravity foundation based on a steel skirt was developed, and a monopile foundation was analyzed for Pile-Soil Interaction using the p-y curve and 3D finite element method (3D FEM). In addition, for suction bucket foundations, the effects of lateral and vertical loads were analyzed using 3D FEM and centrifuge tests. Fatigue analysis for jacket and tripod foundations was conducted using a hotspot stress approach. Some hybrid foundations and shape optimization techniques that change the shape to complement the problems of each foundation described above were assessed. Hybrid foundations could increase lateral resistance compared to existing foundations because of the combined appendages, and optimization techniques could reduce costs by maximizing the efficiency of the structure or by reducing costs and weight. This paper presents the characteristics and research directions of the foundation through various studies on the foundation. In addition, the optimal design method is presented by explaining the problems of the foundation and suggesting ways to supplement them.

• 한국해안·해양공학회논문집
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• 제25권4호
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• pp.236-243
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• 2013

해상풍력발전기는 주위를 항행하는 선박 및 바지선등과 같은 선박에 의한 충돌피해가 발생할 수 있기 때문에 이에 대한 안정성을 고려해야 한다. 본 연구에서는 선박충돌에 대해 안정성을 고려하기 위해 해상풍력발전기의 선박충돌해석을 수행하고 충돌하중의 불확실성을 고려하기 위해 충돌취약도를 분석하였다. 충돌해석은 해저지반-기초구조물의 상호작용 및 유체를 p-y곡선과 부가질량법으로 고려하였다. 충돌취약도는 선박의 중량과 충돌각, 선박흘수를 변동성으로 고려하여 항복응력에 대한 손상수준을 추정하였으며 취약도를 분석한 결과, 850ton 바지선과 30,000DWT 화물선의 충돌속도에 취약함을 확인하였다.

• 한국지반신소재학회논문집
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• 제13권4호
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• pp.21-31
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• 2014

최근 전 세계적으로 화석연료 고갈에 대비하여 신재생에너지에 대한 연구가 활발히 진행 중에 있다. 특히, 해상풍력발전기는 경제성 측면에서 매우 뛰어난 기술로 알려져 있다. 그런데, 해상 풍력발전기는 바람과 풍력 하중 때문에 저면에 큰 모멘트가 발생하므로 대구경 모노파일을 적용하는 것이 필요하다. 이 때, 대구경 말뚝을 경제적으로 설계하려면 기초구조물의 강성이 타워의 최대 모멘트 값에 미치는 영향을 고려하는 것이 중요하다. 본 연구에서는 기초구조물 강성을 산정할 때 모노파일의 대구경 효과를 정밀히 고려하기 위하여 3차원 유한요소해석을 수행하고, 기존의 p-y 해석법에 의한 강성산정 결과와 비교하였다. 본 연구에 적용한 예제의 해석결과, 기초구조물의 강성 산정방법에 따른 말뚝두부 최대 모멘트 값의 변화는 크지 않았지만 말뚝두부 최대 기울어짐 각의 경우 유한요소해석법이 p-y 해석법에 비하여 14% 증가하는 것으로 나타났다. 그러므로, 기울어짐 각이 성능수준에 영향을 미치는 경우 유한요소해석법을 적용하여 기초강성 효과를 정밀하게 고려하는 것이 필요한 것으로 판단된다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제32권2호
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• pp.125-132
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• 2019

이 논문에서는 지진 하중을 받는 꼬인 삼각대 지지구조를 갖는 해상풍력발전기의 지진 신뢰성 해석 방법을 제시한다. 수평하중에 대해서 면외 변위가 발생하는 꼬인 삼각대지지 구조의 기하학적 특성과 지반의 비선형성을 포함한 지반-말뚝 상호작용을 고려하기 위한 구조물의 3차원 동적 유한요소 모델을 제시하였다. 지진신뢰성 평가를 위해 재현주기별 인공지진파를 사용한 시간이력 해석을 통해 말뚝 두부의 수평변위로 정의된 한계 상태식에 대하여 파괴확률을 산정하였다. 비선형 시간이력해석에 의한 한계상태식 평가를 고려하여 효율적으로 신뢰성 해석을 하기 위해 Markov Chain Monte Carlo 샘플링 방법을 적용한 부분집합 시뮬레이션 방법의 적용을 제시하였다. 제시한 방법은 2차원 모델 및 정적해석만으로는 정확한 결과를 도출할 수 없는 꼬인 삼각대 지지구조를 갖는 해상풍력발전기의 신뢰성 평가 및 설계기준 개발에 활용될 수 있음을 보였다.

• 한국건설순환자원학회논문집
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• 제10권3호
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• pp.351-357
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• 2022

본 연구에서는 해양 건설환경을 고려한 초고성능 콘크리트 해상 모듈러 잔교 시스템을 개발하고자 한다. 해상 모듈러 잔교 시스템은 최근에 개발된 압축강도 120 MPa 이상, 직접인장강도 7 MPa 이상을 갖는 초고성능 콘크리트 적용하여 설계, 제작 및 구조성능평가를 통하여 적용 가능성을 분석하였다. 기존에 프리캐스트 콘크리트로 시공된 해상 잔교는 시공단계에서 기초 파일부 항타 시 위치 또는 수직 변형으로 인한 오차를 해결하기 위한 아이디어와 가능성을 검증하고자 하였다. 또한, 구조성능 평가를 위하여 잔교 실험체를 초고성능 콘크리트를 이용하여 제작하였다. 휨 실험을 통하여 하중 분석을 수행한 결과, 예측 휨강도 대비 측정 휨강도는 극한한계상태에서 약 9 % 이상의 내하력을 확보하여 본 실험에서 요구하는 성능을 만족하였다. 향후 본 연구를 통하여 개발된 해상 모듈러 잔교 시스템을 활용한다면 충분한 내구성과 시공성으로 인한 경쟁력을 확보할 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제32권4호
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• pp.41-49
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• 2016

해상구조물을 지지하는 말뚝기초는 바람, 조류, 파랑 등의 영향으로 횡방향 반복하중을 지배적으로 받는다. 본 연구에서는 횡방향 반복하중이 말뚝의 횡방향 극한지지력에 미치는 영향을 평가하기 위하여, 서로 다른 세 가지 상대밀도(40%, 70%, 90%)로 조성된 모래지반에서 모형말뚝시험을 수행하였다. 상대밀도 40%로 조성 된 모래지반에서는 횡방향 반복재하 시 말뚝 주변 지반이 조밀해짐에 따라 횡방향 극한지지력이 증가하였다. 반면, 상대밀도 70%와 90%로 조성 된 모래지반에서는 횡방향 반복재하 시 말뚝 주변 지반의 교란효과로 인하여 횡방향 극한지지력이 감소하였다. 이러한 횡방향 극한지지력의 증가 및 감소효과는 횡방향 반복하중의 크기가 커질수록 더욱 명확하게 나타났으며, 모래지반의 포화 여부에는 큰 영향을 받지 않았다. 모형시험 결과를 활용하여 모래지반의 상대밀도, 횡방향 반복하중의 크기에 따른 말뚝의 횡방향 극한지지력 산정 식을 제안하였고, 이를 횡방향 반복하중을 지배적으로 받는 말뚝의 설계 시 활용 가능하도록 하였다.

• 한국음향학회지
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• 제35권6호
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• pp.480-490
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• 2016

풍력터빈의 대형화와 경량화에 따라 풍력터빈에 작용하는 동하중에 의한 진동 응답이 크게 발생할 수 있다. 특히 공진에서는 큰 진동 응답이 발생하므로 설계 시 정확한 고유진동수의 예측이 요구된다. 이를 위해 풍력터빈 지지구조와 지반에 대한 연성해석이 요구되는데, 일반적으로 유한요소에 기반한 수치적인 방법이 주로 이용된다. 그러나 유한요소 해석은 파일-지반 모델링 및 연산에 많은 노력과 시간을 요구하므로 초기 설계 단계에서는 활용에 많은 제약이 따른다. 반면, 지반을 선형화한 이론 해석은 모델이 단순하고 연산 시간이 매우 짧으므로, 해석의 신뢰성이 확보된다면 지반-지지구조의 거동 특성을 초기에 예측하는데 유용한 도구가 될 수 있다. 본 논문에서는 이론 해석을 이용해 지반에 인입된 파일에 대한 파일-지반 연성해석을 수행하였다. 해석 시 지반의 변형은 탄성 범위 이내에 있다고 단순화하여 파일은 보로, 지반은 연속체로 모델링하였다. 본 연속체 모델을 이용해 파일 상단에 수평 하중 또는 모멘트가 작용할 때 발생하는 파일의 횡변형을 구하고, 파일의 세장비에 따른 영향계수를 도출하였다. 그리고 이를 유한요소해석을 기반으로 한 문헌의 결과와 비교함으로써 해석 결과의 신뢰도를 평가하였다. 이를 통해 연속체 모델의 해석은 세장비가 큰 파일에 대해서는 유효한 반면 약 3 이하의 낮은 세장비를 가지는 파일에서는 신뢰성이 떨어짐을 확인하였다.

• 한국해안·해양공학회논문집
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• 제27권3호
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• pp.182-189
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• 2015

ESA는 석션파일에 의해 설치되는 영구적인 해양구조물기초의 한 형태이다. 인발에 대한 정착하중을 증가시키기 위해, 3개의 수직플랜지가 120도의 간격으로 앵커표면을 따라 부착되어있다. ESA 거동에 영향을 미치는 여러 매개변수의 영향을 찾기 위해 고안된 분석적 해법을 이용한 분석적 매개변수 연구가 이루어졌다. 분석의 결과는 앵커의 매입깊이와 흙의 강도가 증가할 때 ESA의 부담하중도 증가하는 것으로 나타났으며, 그리고 하중 경사각이 증가할 때는 감소하는 것으로 나타났다. 또한 사각형의 투영된 면적을 가진 ESA는 앵커길이의 중심에서 수평적으로 인발될 때 가장 큰 인발력을 갖는 것으로 나타났다.

• 대한토목학회논문집
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• 제37권4호
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• pp.637-645
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• 2017

제주도는 여러 차례의 화산활동에 의해 형성된 섬으로 불규칙한 화산암층 구조를 가지고 있다. 해상풍력발전기와 같은 구조물은 기초에서부터 하중 작용점까지의 거리가 멀고 상대적으로 큰 수평하중이 작용하여 매우 큰 전도모멘트를 지지해야 한다. 이러한 구조물을 경제적으로 지지하기 위해서는 암반층이라도 말뚝기초를 시공해야 한다. 따라서 본 연구에서는 암반매입말뚝을 위한 주면고정액의 적정배합비를 찾기 위하여 물, 시멘트, 모래의 배합비를 달리하여 역학적 성능을 평가하고, 실험 결과와 기존 연구 결과를 비교분석하였다. 동일한 배합조건에서 시멘트풀과 소일시멘트보다 모르타르(잔골재 비=20~40%)의 역학적 성능이 우수하게 나타났다. 이 결과를 바탕으로 적정배합범위와 강도추정식을 제안하였다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제29권3호
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• pp.209-218
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• 2016

최근 신재생 에너지 중 하나인 풍력발전에 대한 관심이 증가하고 있다. 풍력발전은 토지구입비, 소음문제에 자유로운 해상풍력으로 추세가 옮겨가고 있으며 이를 위한 연구개발이 전 세계적으로 활발히 이루어지고 있다. 그러나 해상에 위치한 풍력발전을 위한 설계기준은 국내, 국외 모두 없는 실정이다. 이 점을 고려하여 국내, 국외의 구조설계기준인 도로교 설계기준, 항만 및 어항 설계기준, DNV OS를 참고하여 다중 파일기초 콘크리트 지지구조물(MCF)의 내진해석을 수행하여 결과를 비교하였다. 또한 시간에 의한 효과를 확인하기 위하여 시간이력 해석 또한 수행되었다. 부가질량법(Added-mass method)을 사용하여 물과 구조의 상호작용을 고려하였고 물의 유무에 따라 구조물의 반응을 비교하였다.